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四驱车是一款普通的玩具,但其中却蕴含着许多物理原理。
最让我着迷的是四驱车中的一组齿轮。为何不让马达直接驱动轮子?我按照设想做了一个与原车体质量相同的模型。通电后,车没动,我提起车,轮子却转了。我想一定是车体质量过大,惯性大,轮子与地面的摩擦力也大,所以无法前行。为什么增加两个齿轮的原车就可以跑起来?
仔细观察这两个齿轮,与其他齿轮有许多不同。其他齿轮牢牢咬着轴,用来带动轴运动,而这两个齿轮的轴被固定,齿轮却可以转动,我称之为“动齿轮”。
这两个齿轮有两层,但别的齿轮只有一层。两个齿轮直径一大一小,安装于马达与轮轴之间,马达上的齿轮咬合于直径大的一层,直径小的一层与另一个动齿轮的直径大的一层相咬合,最后轮轴咬合于第二个动齿轮直径较小的一层。这次通电后车子就可以动了。
经过分析我发现,这两个动齿轮就是变形的杠杆。为什么最后接于轮轴的一层是直径较小的一层?因为轮子所受的是阻力,马达的动力不变。通过第一次实验可以看出,马达的动力克服不了轮子所受的阻力,根据杠杆原理必须要缩短阻力臂或延长动力臂。
当然,这样也有缺点。设动齿轮直径大的一层半径为R,直径小的一层半径为r,假设动齿轮没有直径小的一层,只有大的一层驱动轮轴,马达转速不变,记为T,若忽略不必要的摩擦阻力,那么轮轴转速为T,若最后由动齿轮直径较小的一层咬合于轮轴,那么轮轴转速为T(m为动齿轮的个数,且动齿轮大小都完全相同)。
由此可见,车子的速度变小了,设车子正在匀速行驶,此时驱动轮轴的力F2等于f,设马达的驱动力为F1,可以得出F1l1=fl2,既而得出F2=F1。所以驱动力越大,速度越慢,两种组装方式做功相同。
最让我着迷的是四驱车中的一组齿轮。为何不让马达直接驱动轮子?我按照设想做了一个与原车体质量相同的模型。通电后,车没动,我提起车,轮子却转了。我想一定是车体质量过大,惯性大,轮子与地面的摩擦力也大,所以无法前行。为什么增加两个齿轮的原车就可以跑起来?
仔细观察这两个齿轮,与其他齿轮有许多不同。其他齿轮牢牢咬着轴,用来带动轴运动,而这两个齿轮的轴被固定,齿轮却可以转动,我称之为“动齿轮”。
这两个齿轮有两层,但别的齿轮只有一层。两个齿轮直径一大一小,安装于马达与轮轴之间,马达上的齿轮咬合于直径大的一层,直径小的一层与另一个动齿轮的直径大的一层相咬合,最后轮轴咬合于第二个动齿轮直径较小的一层。这次通电后车子就可以动了。
经过分析我发现,这两个动齿轮就是变形的杠杆。为什么最后接于轮轴的一层是直径较小的一层?因为轮子所受的是阻力,马达的动力不变。通过第一次实验可以看出,马达的动力克服不了轮子所受的阻力,根据杠杆原理必须要缩短阻力臂或延长动力臂。
当然,这样也有缺点。设动齿轮直径大的一层半径为R,直径小的一层半径为r,假设动齿轮没有直径小的一层,只有大的一层驱动轮轴,马达转速不变,记为T,若忽略不必要的摩擦阻力,那么轮轴转速为T,若最后由动齿轮直径较小的一层咬合于轮轴,那么轮轴转速为T(m为动齿轮的个数,且动齿轮大小都完全相同)。
由此可见,车子的速度变小了,设车子正在匀速行驶,此时驱动轮轴的力F2等于f,设马达的驱动力为F1,可以得出F1l1=fl2,既而得出F2=F1。所以驱动力越大,速度越慢,两种组装方式做功相同。